RU2257457C1 - Drilling roller bit (variants) - Google Patents
Drilling roller bit (variants) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2257457C1 RU2257457C1 RU2003137271/03A RU2003137271A RU2257457C1 RU 2257457 C1 RU2257457 C1 RU 2257457C1 RU 2003137271/03 A RU2003137271/03 A RU 2003137271/03A RU 2003137271 A RU2003137271 A RU 2003137271A RU 2257457 C1 RU2257457 C1 RU 2257457C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bit
- angle
- cutters
- drilling
- axis
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для бурения взрывных скважин на карьерах и шахтах, а также для проходки технологических скважин.The invention relates to the mining industry and can be used for drilling blast holes in quarries and mines, as well as for sinking technological wells.
Известны преимущественно применяемые бескорпусные двух- и трехшарошечные долота, содержащие сваренные между собой лапы (секции), шарошки с конусной поверхностью, вращающиеся на наклонных к оси долота под большим углом (45-57 градусов) цапфах, обращенных к центру долота (Симкин Б.А., Кутузов Б.Н., Буткин В.Д. Справочник по бурению на карьерах. - 2-е изд. - М.: Недра, 1990, с.99, рис.4.1). К числу недостатков таких долот относятся: окружные скорости зубьев уменьшаются к центру долота до нулевых значений, что обусловливает необходимость высоких осевых нагрузок, большой массы и энерговооруженности бурового станка; калибрующие (крайние к стенкам скважины) венцы шарошек могут выступать относительно козырьков лап на ограниченную величину, что обусловливает малый кольцевой зазор между корпусом и стенками скважины и, как следствие, затрудненную эвакуацию бурового шлама и форсированный износ козырьков лап до обнажения тел качения, приводящего к заклиниванию шарошек; большие нагрузки на консольные цапфы и узел крепления их к лапам, что требует применения дорогих легированных сталей.Known mainly used open-cut two- and three-cone bits containing welded paws (sections), cones with a conical surface, rotating on axes inclined to the axis of the bit at a large angle (45-57 degrees), facing the center of the bit (Simkin B.A. ., Kutuzov B.N., Butkin V.D. Handbook for drilling in open pits. - 2nd ed. - M .: Nedra, 1990, p. 99, Fig. 4.1). The disadvantages of such bits include: peripheral speeds of the teeth are reduced to the center of the bit to zero values, which necessitates high axial loads, large mass and power equipment of the drilling rig; calibrating (extremes to the borehole walls) cones of the cones can protrude relative to the visors of the paws by a limited amount, which leads to a small annular gap between the body and the walls of the well and, as a result, difficult evacuation of drill cuttings and forced wear of the visors of the paws to expose the rolling elements, leading to jamming cone; heavy loads on the cantilevered trunnions and the knot of their fastening to the legs, which requires the use of expensive alloy steels.
Эти недостатки можно устранить путем изменения форм шарошек и их ориентации относительно оси долота и его корпуса.These disadvantages can be eliminated by changing the shapes of the cones and their orientation relative to the axis of the bit and its body.
Известно буровое долото, корпус которого оснащен одной шарошкой сферической формы, а угол наклона цапфы направлен к вертикальной оси долота (Зубарев А.В., Матвеев Г.И., Рыжиков Ю.В. и др. Одношарошечные долота. - М.: Недра, 1971, с.154, рис.64; Дусев В.И. Шарошечные долота для бурения взрывных скважин. - М., 1963, с.28, рис.17).A drill bit is known, the body of which is equipped with one cone of a spherical shape, and the angle of the axle is directed to the vertical axis of the bit (Zubarev A.V., Matveev G.I., Ryzhikov Yu.V. et al. Single-cone bits. - M .: Nedra , 1971, p. 154, fig. 64; Dusev V.I. Sharoshechnye chisels for drilling blast holes. - M., 1963, p. 28, fig. 17).
К числу недостатков таких долот относятся: весьма затрудненное забуривание долота в каждую новую скважину и возможное ее искривление вследствие неустойчивой работы долота; сохраняются проблемы форсированного износа козырьков лап и недостаточного кольцевого зазора между корпусом и стенками скважин; при вращении корпуса шарошка, внедряясь в породу, удерживается от вращения, а корпус долота проворачивается относительно шарошки, изменяя ее наклон. При этом шарошка совершает процессирующее движение, обкатываясь по забою зубчатыми венцами, расположенными на большем диаметре. Поэтому в центральной части скважины преобладают режущие нагрузки, что ограничивает использование долота в крепких породах.The disadvantages of such bits include: very difficult drilling of the bit into each new well and its possible curvature due to the unstable operation of the bit; problems of forced wear of the visors of the paws and insufficient annular gap between the body and the walls of the wells remain; when the body of the cone is rotated, penetrating into the rock, it is kept from rotation, and the body of the bit is rotated relative to the cone, changing its inclination. At the same time, the cone makes a processing movement, rolling around the face with gear rims located on a larger diameter. Therefore, cutting loads prevail in the central part of the well, which limits the use of the bit in hard rocks.
Известно буровое долото с двумя шарошками полусферической формы, цапфы которых обращены к стенкам скважины (Травкин B.C. Породоразрушающий инструмент для вращательного бескернового бурения скважин. - М.: Недра, 1982, с.130, рис.30).A drill bit with two hemispherical cutters is known, the trunnions of which are facing the borehole walls (B. Travkin. Rock cutting tool for rotary coreless drilling of wells. - M .: Nedra, 1982, p. 130, p. 30).
К числу недостатков этого долота относятся: вследствие больших величин радиуса полусферы долота и угла наклона осей вращения шарошек к оси долота оно работает в основном в режиме резания, что ограничивает использование долота в крепких породах; из-за большого угла наклона цапфы создаются большие нагрузки на узел крепления цапфы к центральной лапе, снижающие живучесть долота. Кроме того, изнашиваются боковые поверхности корпуса, что приводит к уменьшению диаметра долота.The disadvantages of this bit include: due to the large radius of the hemisphere of the bit and the angle of inclination of the axes of rotation of the cones to the axis of the bit, it operates mainly in the cutting mode, which limits the use of the bit in hard rocks; Due to the large angle of the axle tilt, large loads are created on the attachment point of the axle to the central leg, which reduces the bit survivability. In addition, the side surfaces of the body wear out, which leads to a decrease in the diameter of the bit.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является принятое за прототип буровое шарошечное долото, содержащее корпус с ниппелем и продувочными каналами, цапфы, несущие шарошки с фрезерованными зубьями или армированные твердосплавными зубьями, имеющие усеченную сферическую форму на части их рабочей поверхности, установленные на сменных породоразрушающих секциях с гранеными хвостовиками, закрепленными в корпусе с помощью резьбы (Пат.2115794 Российская Федерация, С1 Е 21 В 10/20. Долото для бурения скважин со сменными породоразрушающими секциями [Текст]/ Близнюков В.И., Гноевых А.Н., Браженцев В.П., Близнюков В.И.: заявитель и патентообладатель Российское акционерное общество "Газпром". - №96123213; заявл. 06.12.96; опубл. 20.07.98, Бюл. №20 (II ч.) - 8 с.)Closest to the proposed technical solution is the prototype drill bit, containing a body with a nipple and blowing channels, trunnions, bearing cones with milled teeth or reinforced with carbide teeth, having a truncated spherical shape on part of their working surface, mounted on removable rock cutting sections with faceted shanks fixed in the body using thread (Pat. 215794 Russian Federation, C1 E 21
Основной недостаток прототипа заключается в том, что оси шарошек, установленных на породоразрушающих секциях, расположены под острым углом к забою скважины и не могут выдерживать больших осевых усилий на долото при бурении крепких пород. Сохраняется форсированный износ козырьков сменных породоразрушающих секций, затрудняется очистка скважины от буровой мелочи из-за невозможности увеличения кольцевого зазора между поверхностью шарошек и стенками скважины. Периферийная часть шарошки имеет более интенсивный износ вследствие больших окружных скоростей по сравнению с центральной частью.The main disadvantage of the prototype is that the axes of the cone mounted on the rock cutting sections are located at an acute angle to the bottom of the well and cannot withstand large axial forces on the bit when drilling hard rocks. The forced wear of the visors of removable rock-cutting sections is preserved, and it is difficult to clean the well from drilling fines due to the impossibility of increasing the annular gap between the surface of the cutters and the walls of the well. The peripheral part of the cone has a more intense wear due to high peripheral speeds compared to the central part.
Основными задачами изобретения являются повышение эффективности работы долота и расширение области его рационального применения в крепких и очень крепких породах за счет достижения перекатывания сферических шарошек и их дробящего характера разрушения породы, а также возможности создания большего осевого усилия на долото, эффективной очистки забоя от бурового шлама и оптимизации режимных параметров процесса бурения.The main objectives of the invention are to increase the efficiency of the bit and expand the field of its rational use in hard and very hard rocks due to the achievement of rolling spherical cones and their crushing nature of rock destruction, as well as the possibility of creating greater axial force on the bit, effectively cleaning the face from drill cuttings and optimization of operational parameters of the drilling process.
Поставленные задачи достигаются тем, что в первом варианте бурового шарошечного долота, содержащего корпус с ниппелем и продувочными каналами, цапфы, несущие шарошки с фрезерованными зубьями или армированные твердосплавными зубьями, имеющие усеченную сферическую форму на части их рабочей поверхности, цапфы шарошек, имеющих усеченную сферическую форму, установлены под одинаковым острым углом к вертикальной оси долота в сторону стенок скважины, выбираемым в зависимости от условий бурения, причем цапфы установлены на корпусе посредством сменных секций, а прицапфовые поверхности сменных секций имеют угол наклона к горизонтальной оси, равный углу наклона цапфы к вертикальной оси долота, при этом отношение диаметра долота к большему диаметру шарошки отвечает условию D/dш=2,17-2,2.The tasks are achieved by the fact that in the first embodiment of the cone drill bit, comprising a body with a nipple and blowing channels, trunnions bearing roller cones with milled teeth or reinforced with carbide teeth having a truncated spherical shape on part of their working surface, trunnion trunks having a truncated spherical shape are installed at the same acute angle to the vertical axis of the bit in the direction of the borehole walls, selected depending on the drilling conditions, and the pins are mounted on the body by removable sections, and removable pritsapfovye surface sections have an angle of inclination to the horizontal axis, equal to the angle of inclination to the vertical stud bit axis, wherein the ratio of the bit diameter to the larger diameter cone satisfies the condition D / d = 2,17-2,2 m.
Поставленные задачи достигаются также тем, что во втором варианте бурового шарошечного долота, содержащего корпус с ниппелем и продувочными каналами, цапфы, несущие шарошки с фрезерованными зубьями или армированные твердосплавными зубьями, имеющие усеченную сферическую форму на части их рабочей поверхности, для горно-геологических условий, в которых стойкость корпуса сопоставима со стойкостью опор и вооружения шарошек и для долот D>160 мм, цапфы всех шарошек, имеющих усеченную сферическую форму, приварены к прицапфовой поверхности корпуса и установлены на нем под одинаковым острым углом к вертикальной оси долота в сторону стенок скважины, выбираемым в зависимости от условий бурения, причем прицапфовые поверхности корпуса имеют угол наклона к горизонтальной оси, равный углу наклона цапфы к вертикальной оси долота, при этом отношение диаметра долота к большему диаметру шарошки отвечает условию D/dш=2,17-2,4.The tasks are also achieved by the fact that in the second version of the rolling cone bit containing a body with a nipple and purge channels, trunnions bearing roller cones with milled teeth or reinforced with carbide teeth having a truncated spherical shape on part of their working surface for mining and geological conditions, in which the resistance of the hull is comparable with the resistance of the supports and arms of the cones and for bits D> 160 mm, the trunnions of all cones having a truncated spherical shape are welded to the body over the butt surface CA and installed on it at the same acute angle to the vertical axis of the bit towards the side of the well walls, selected depending on the drilling conditions, and the prismatic surfaces of the body have an angle of inclination to the horizontal axis equal to the angle of inclination of the journal to the vertical axis of the bit, while the ratio of the diameter of the bit to a larger diameter cone meets the condition D / d W = 2,17-2,4.
Причинно-следственная связь существенных признаков, характеризующих данное изобретение, с достигаемыми техническими и технологическими результатами заключается для первого варианта в следующем. Установка цапф под острым углом к вертикальной оси долота в сторону стенок скважины обеспечивает вращение шарошек, имеющих сферическую форму, вдоль оси цапфы и оси долота, создавая ударно-дробящий характер разрушения породы, без проскальзывания по забою скважины и режущего действия, что в прототипе невозможно. Расположение цапф под острым углом к вертикальной оси долота позволяет создать большие осевые усилия на шарошки по сравнению с прототипом, причем с уменьшением угла величина усилия может быть увеличена. В этом случае долото способно эффективно работать в крепких и очень крепких породах при силовых режимах бурения. Работу шарошек во вращательно-перекатывающем режиме обеспечивает пересечение их осей вращения (осей цапф) с вертикальной осью (осью вращения) долота. Это достигается равенством угла наклона к горизонтальной оси прицапфовых поверхностей сменных секций с углом наклона цапфы к вертикальной оси долота. Зазор относительно поверхности корпуса и рабочей поверхности зубчатых венцов на большем диаметре шарошки больше аналогичного зазора (затрубного пространства) в прототипе и серийно применяемых трехшарошечных долот с конусными шарошками в 1,5-1,7 раза. Это обеспечивает более эффективное удаление бурового шлама из скважины и предотвращает изнашивание тыльной части корпуса долота. Отношение диаметра долота к большему диаметру шарошки, отвечающее условию D/dш=2,17-2,2, создает эффективную работу шарошек в забое при бурении крепких и очень крепких пород, обеспечивая минимальный керн в центре долота между шарошками и оптимальный зазор между их поверхностями в месте расположения наибольших диаметров. Так, при отношении D/dш<2,17 зазор между поверхностями шарошек в месте наибольших диаметров практически отсутствует. Например, для долот диаметрами D=215,9 мм и D=250,8 мм, при D/dш=2,16, диаметры шарошек соответственно равны dш=100 мм и dш=116 мм, а керны с сечением приближенно треугольной формы имеют размеры сторон сечения соответственно 28 мм и 30 мм. Для указанных диаметров долот найденные и приведенные выше значения больших диаметров шарошек являются критическими: при их выборе (или диаметров меньших значений) произойдет поломка зубьев и заклинивание шарошек. При отношении D/dш>2,2 бурение в крепких и очень крепких породах может характеризоваться неравномерностью разрушения породы, появлением керна больших размеров в центре долота и крупных кусков (прослоек) между шарошками. Например, для долот диаметрами D=215,9 мм и D=250,8 мм, при D/d ш=2,4 мм, большие диаметры шарошек соответственно равны dш=90 мм и dш=105 мм. Для указанных диаметров также возможна поломка зубьев и заклинивание шарошек, так как размер сечения керна (величина стороны треугольника) увеличивается: для D=215,9 мм - до 64 мм, для D=250,8 мм - до 76 мм, а зазоры между поверхностями шарошек в месте наибольших диаметров возрастают для D=215,9 до 18 мм, для D=250,8 мм до 24 мм. Поэтому рациональное отношение диаметра долота к большему диаметру шарошек будет D/dш=2,17-2,2, что является отличительным признаком заявляемого устройства по отношению к прототипу. В зависимости от условий бурения и физико-механических свойств горных пород предлагаемое долото оснащается сменными секциями с различными углами наклона прицапфовых поверхностей к горизонтали, что в прототипе достигнуть невозможно. Эта отличительная особенность позволяет оптимизировать режимные параметры процесса бурения: осевое усилие на долото, частоту вращения и расход сжатого воздуха, что в совокупности с возможностью применения сменных шарошек на цапфе с различным вооружением существенно расширяет не только технические, но и технологические возможности заявляемого долота.The causal relationship of the essential features characterizing the invention with the achieved technical and technological results is for the first option in the following. The installation of the trunnions at an acute angle to the vertical axis of the bit towards the side of the borehole wall allows the rotation of the cones having a spherical shape along the axis of the trunnion and the axis of the bit, creating a shock-crushing character of rock destruction without slipping along the bottom of the well and cutting action, which is impossible in the prototype. The location of the trunnions at an acute angle to the vertical axis of the bit allows you to create greater axial forces on the cones in comparison with the prototype, and with a decrease in the angle, the magnitude of the force can be increased. In this case, the bit is able to work effectively in strong and very strong rocks under power drilling conditions. The operation of the roller cutters in the rotary-rolling mode is ensured by the intersection of their rotation axes (axle axles) with the vertical axis (axis of rotation) of the bit. This is achieved by equality of the angle of inclination to the horizontal axis of the prismatic surfaces of the removable sections with the angle of inclination of the journal to the vertical axis of the bit. The gap relative to the surface of the housing and the working surface of the ring gears on the larger diameter of the cone is larger than the similar gap (annulus) in the prototype and commercially used three-cone bits with cone cones 1.5-1.7 times. This provides a more efficient removal of drill cuttings from the well and prevents wear of the back of the bit body. The ratio of the diameter of the bit to the larger diameter of the cone, corresponding to the condition D / d w = 2.17-2.2, creates the effective work of cones in the face when drilling strong and very strong rocks, providing a minimum core in the center of the bit between cones and the optimal gap between them surfaces at the location of the largest diameters. So, with the ratio D / d w <2.17, the gap between the surfaces of the cones in the place of the largest diameters is practically absent. For example, for bits with diameters D = 215.9 mm and D = 250.8 mm, with D / d w = 2.16, the cones diameters are respectively d w = 100 mm and d w = 116 mm, and core samples with a cross section of approximately triangular in shape have dimensions of the sides of the section, respectively 28 mm and 30 mm. For the indicated bit diameters, the values found and the above values of large diameters of the cones are critical: when they are selected (or diameters of smaller values), the teeth will break and the cones will jam. With a D / d ratio w > 2.2, drilling in hard and very hard rocks can be characterized by uneven rock destruction, the appearance of large cores in the center of the bit and large pieces (layers) between cones. For example, for bits with diameters D = 215.9 mm and D = 250.8 mm, with D / d w = 2.4 mm, large cone diameters are respectively d w = 90 mm and d w = 105 mm. For the indicated diameters, tooth breaking and cone jamming are also possible, since the core cross-section size (the size of the side of the triangle) increases: for D = 215.9 mm - up to 64 mm, for D = 250.8 mm - up to 76 mm, and the gaps between the cones surfaces in the place of the largest diameters increase for D = 215.9 to 18 mm, for D = 250.8 mm to 24 mm. Therefore, the rational ratio of the diameter of the bit to the larger diameter of the cones will be D / d w = 2,17-2,2, which is a hallmark of the claimed device in relation to the prototype. Depending on the drilling conditions and physico-mechanical properties of the rocks, the proposed bit is equipped with removable sections with different angles of inclination of the prismatic surfaces to the horizontal, which is impossible to achieve in the prototype. This distinctive feature allows you to optimize the operational parameters of the drilling process: axial force per bit, rotational speed and compressed air flow, which, combined with the possibility of using replaceable cones on a trunnion with various weapons, significantly expands not only the technical, but also the technological capabilities of the claimed bit.
Причинно-следственная связь существенных признаков, характеризующих данное изобретение с достигаемыми техническими и технологическими результатами для второго варианта заключается в следующем. Для горно-геологических условий, в которых долото работает с сопоставимым сроком службы всех элементов (породы трещиноватые, однородные, средней и ниже средней крепости), а также с применением сетки скважин малого диаметра (<160 мм), предлагаемое буровое шарошечное долото выполняется цельнокорпусным: цапфа монтируется в отверстие корпуса с натягом и приваривается, что является отличительным признаком по отношению к прототипу. Конструкция является рациональной при достижении равной стойкости корпуса и стойкости опор и вооружения шарошек. Для разных физико-механических свойств горных пород и диаметров долота устанавливаются свои типоразмеры предлагаемого устройства, характеризующиеся величиной угла наклона цапфы к вертикальной оси долота, которая обеспечивается углом прицапфовой поверхности корпуса к горизонтальной оси долота. Равенство углов наклона цапфы к вертикальной оси долота и прицапфовой поверхности корпуса к горизонтали обеспечивает пересечение осей шарошек в одной точке с вертикальной осью долота, что создает перемещение шарошки по забою в режиме перекатывания и ударно-дробящий характер разрушения породы. В связи с изготовлением корпуса заодно с цапфой изменяется конструкция долота и корпуса, вследствие чего рабочая поверхность зубчатых венцов на большем диаметре шарошки имеет зазор В относительно поверхности корпуса, отвечающий условию В=Bc·[(D-dкп)/(D-dп)]>1,7-2,0, где Bс - зазор между корпусом и рабочей поверхностью зубчатых венцов на большем диаметре шарошки долота - прототипа, D - диаметр долота, dкп - диаметр корпуса предлагаемого долота, dп - диаметр корпуса долота - прототипа. Этот отличительный признак позволяет по сравнению с прототипом и первым вариантом заявляемого устройства бурить породы в режиме, обеспечивающем большие размеры фракций продуктов разрушения горной породы (крупный скол буровой мелочи), и, следовательно, при наличии большего затрубного пространства эффективнее очищать забой от бурового шлама и снизить пылеобразование при работе станка. Как отличительный признак отношение диаметра долота к большему диаметру шарошки, отвечающее условию D/dш=2,17-2,4, существенно расширяет технические и технологические возможности долота. С уменьшением большего диаметра шарошки между последними в центре долота образуется керн больших размеров, а между поверхностями шарошек - большие зазоры, составляющие для долот диаметром D=215,9 мм - 18 мм, а для D=250,8 мм - 24 мм. Такая кинематика долота в некрепких и трещиноватых породах позволяет разрушать породу при наличии керна и прослоек между поверхностями шарошек не только в ударно-дробящем, но и в сочетании последнего со сдвигающе-скалывающем режимах разрушения горных пород. Это является отличительным признаком предлагаемого долота по сравнению с прототипом. При указанных режимах бурения порода разрушается крупным сколом, при этом увеличенный зазор В положительно влияет на качество очистки скважин и снижение запыленности буровых работ.The causal relationship of the essential features characterizing the invention with the achieved technical and technological results for the second option is as follows. For mining and geological conditions in which the bit works with a comparable service life of all elements (fractured, homogeneous rocks, medium and lower than average strength), as well as with the use of a mesh of small diameter boreholes (<160 mm), the proposed roller cone bit is performed in one-piece: the trunnion is mounted into the hole in the housing with interference and is welded, which is a hallmark in relation to the prototype. The design is rational when achieving equal durability of the hull and durability of supports and weapons of cones. For different physical and mechanical properties of the rocks and the diameters of the bit, their own sizes of the proposed device are established, characterized by the angle of the axle to the vertical axis of the bit, which is ensured by the angle of the prismatic surface of the body to the horizontal axis of the bit. The equality of the angles of inclination of the trunnion to the vertical axis of the bit and the prismatic surface of the body to the horizontal ensures the intersection of the axes of the cones at one point with the vertical axis of the bit, which creates the movement of the cone along the face in the rolling mode and the impact-crushing nature of rock destruction. In connection with the manufacture of the casing, the design of the bit and the casing changes at the same time as the trunnion, as a result of which the working surface of the ring gears on the larger diameter of the cone has a clearance B relative to the surface of the casing, corresponding to the condition B = Bc · [(Dd kp ) / (Dd p )]> 1 , 7-2.0, where Bc is the gap between the body and the working surface of the gears on the larger diameter of the bit cone of the prototype, D is the diameter of the bit, d cp is the diameter of the body of the proposed bit, d p is the diameter of the body of the bit of the prototype. This distinctive feature allows, in comparison with the prototype and the first embodiment of the inventive device, to drill rocks in a mode that provides large sizes of fractions of rock destruction products (large cleavage of drill fines), and therefore, in the presence of a larger annulus, it is more efficient to clean the bottom of drill cuttings and reduce dust formation during machine operation. As a hallmark, the ratio of the diameter of the bit to the larger diameter of the cone, corresponding to the condition D / d w = 2.17-2.4, significantly expands the technical and technological capabilities of the bit. With a decrease in the larger diameter of the cone between the last in the center of the bit, large cores are formed, and between the surfaces of the cones, large gaps are formed, which are 18 mm for bits with a diameter of D = 215.9 mm and 24 mm for D = 250.8 mm. Such a kinematics of a bit in weak and fractured rocks allows rock destruction in the presence of a core and interlayers between the surfaces of cones, not only in impact-crushing, but also in combination with the shear-shearing regime of rock destruction. This is a hallmark of the proposed bit in comparison with the prototype. Under the indicated drilling regimes, the rock is destroyed by a large cleavage, while the increased clearance В positively affects the quality of well cleaning and reduces the dust content of drilling operations.
Таким образом, совокупность новых существенных решений расширяет технические и технологические возможности долота и процесса бурения за счет изменения характера разрушения горных пород шарошками, имеющими сферическую форму и работающими в забое в режиме качения, что в совокупности с конструктивными особенностями расположения цапф позволяет повысить осевое усилие на долото, причем увеличенное затрубное пространство оказывает положительное влияние на качество очистки забоя от бурового шлама. Этими новыми решениями, в конечном итоге, достигаются поставленные задачи.Thus, the combination of new significant solutions expands the technical and technological capabilities of the bit and the drilling process by changing the nature of rock destruction by cones having a spherical shape and working in the bottomhole in the rolling mode, which, together with the design features of the location of the pins, allows to increase the axial force on the bit moreover, the increased annulus has a positive effect on the quality of cleaning the bottom of the drill cuttings. These new solutions ultimately achieve the objectives.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых изображено:The invention is illustrated by graphic materials, which depict:
на фиг.1 - буровое трехшарошечное долото со сменными секциями и цапфами (первый вариант),figure 1 - three-cone drill bit with removable sections and pins (first option),
на фиг.2 - сменные секции долота в первом варианте,figure 2 - removable sections of the bit in the first embodiment,
на фиг.3 - буровое трехшарошечное цельнокорпусное долото (второй вариант).figure 3 - drilling three-cone whole-body bit (second option).
Первый вариант заявленного бурового шарошечного долота содержит (фиг.1 и фиг.2) корпус 1 с ниппелем 2 и продувочными каналами 3. К корпусу 1 присоединены сменные секции 4, в каждой из которых выполнен резервуар 5, находящийся в резьбовом отверстии 6. В сменных секциях 4 высверлены посадочные отверстия 7, в которые с натягом запрессованы цапфы 8 и приваренные сваркой к сменным секциям 4. На цапфах 8, снабженных смазочными каналами 9, смонтированы имеющие усеченную сферическую форму шарошки 10 на радиально-упорном подшипнике качения 11, закрепленные на оси цапфы 8 с помощью замкового подшипника 12, шарики которого удерживаются стопорным пальцем 13. На шарошках 10 установлены кольцевые уплотнения 14. На торце цапфы 8 запрессован твердосплавной упорный стержень 15, упирающийся в твердосплавную упорную пластину 16. Шарошка 10 имеет фрезерованное зубчатое или штыревое вооружение, снабженное твердосплавными зубьями 17. Замковый подшипник 12 удерживается стопорным пальцем 13 с помощью стопорного болта 18, ввинчиваемого в тело шарошки 10. Между корпусом 1 и сменными секциями 4 установлены фиксаторы 19. Сменные секции 4 крепятся к корпусу с помощью крепежных болтов 20. Фиксаторы 19 в сменных секциях 4 помещаются в пазах 21.The first embodiment of the inventive drill bit contains (Fig. 1 and Fig. 2) a housing 1 with a nipple 2 and purge
Во втором варианте заявленного бурового шарошечного долота (фиг.3) в корпусе 1 выполнено смазочное отверстие 22, в котором установлен болт 23. Цапфы 8 вмонтированы в корпус 1 с помощью посадочных отверстий 7 и закреплены сварочным швом 24.In the second embodiment of the inventive cone drill bit (Fig. 3), a lubricating
Способ использования первого варианта предлагаемого долота заключается в следующем. При бурении крепких пород цапфы 8 устанавливают в посадочные отверстия 7 с натягом и приваривают сваркой. Сменные секции 4 присоединяют к корпусу 1 с помощью крепежных болтов 20, ввинчиваемых в резьбовые отверстия 6 (фиг.1 и фиг.2). Между сменными секциями 4 и корпусом 1 для предотвращения проворачивания и смятия болтов 20 устанавливают фиксаторы 19. Смазка, заложенная в смазочный резервуар 5, поступает по смазочным каналам 9 в подшипники 11 и 12, а также к кольцевым уплотнениям 14. Пересечение осей вращения АО шарошек 10 с вертикальной осью долота АА в одной точке и равенство углов наклона прицапфовой поверхности сменных секций 4 к горизонтали и цапфы 8 к вертикальной оси долота обеспечивает работу шарошек 10 в режиме качения, что создает ударно-дробящий характер разрушения породы. За счет больших усилий, прикладываемых к долоту, шарошки 10 работают в силовом режиме. При бурении скважин в очень крепких породах сменные секции 4 снабжают цапфами 8, расположенными в посадочных отверстиях 7 под более острым углом, что позволяет создать еще большее усилие на долото и обеспечить эффективное разрушение горной породы. При изнашивании зубьев 17 на шарошках 10 вывинчивают стопорный болт 18, удаляют стопорный палец 13 и разбирают замковый подшипник 12. Вместо изношенных шарошек 10 на цапфу 8 устанавливают новые, закрепляя их замковым подшипником 12, стопорным пальцем 13 и стопорным болтом 18. При изнашивании опорных поверхностей цапфы 8 ее заменяют новой, предварительно обтачивая сварочный шов на прицапфовой поверхности сменной секции 4 и выпрессовывая изношенную цапфу 8 из посадочного отверстия 7.A method of using the first embodiment of the proposed bit is as follows. When drilling hard rocks, the
Способ использования второго варианта предлагаемого долота заключается в следующем. Для горно-геологических условий (породы трещиноватые, однородные, средней и ниже средней крепости), в которых стойкость корпуса сопоставима со стойкостью опор и вооружения шарошек и для долот малого диаметра (D<160 мм) в буровом долоте цапфы 8 монтируют непосредственно в корпусе 1, запрессовывая их в посадочные отверстия 7 и приваривая к прицапфовой поверхности корпуса 1. Поскольку стойкость деталей долота друг с другом сопоставима, то сменные секции 4 в конструкции долота исключены, что позволяет увеличить зазор В между рабочей поверхностью зубчатых венцов на большем диаметре шарошки 10 и поверхностью корпуса 1.При изменении крепости буримой породы в широком диапазоне (f=4-12) применяют различные типоразмеры предлагаемого бурового долота, которые определяются величиной угла установки цапфы 8 относительно вертикальной оси долота. Смазка предлагаемого долота осуществляется путем ее подачи по смазочному отверстию 22, из которого предварительно вывинчивают болт 23. После заполнения смазкой подшипников 11 и 12 через смазочные каналы 9 болт 23 плотно завинчивают в смазочное отверстие 22.A method of using the second embodiment of the proposed bit is as follows. For mining and geological conditions (rocks are fractured, homogeneous, of medium and lower than average strength), in which the resistance of the hull is comparable to the resistance of the supports and arms of the cone and for small bits (D <160 mm) in the drill bit of
Таким образом, предлагаемые варианты заявляемого бурового шарошечного долота позволяют осуществлять бурение скважин, создавая ударно-дробящий, в совокупности со сдвигающе-скалывающим, характер разрушения горных пород различной категории. Учитывая технические и технологические особенности вариантов, предлагаемое буровое шарошечное долото позволяет осуществлять бурение в крепких и очень крепких породах.Thus, the proposed options of the inventive drilling cone bit allow you to drill wells, creating shock-crushing, in conjunction with shear-cleaving, the nature of the destruction of rocks of various categories. Given the technical and technological features of the options, the proposed cone drill bit allows drilling in strong and very strong rocks.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003137271/03A RU2257457C1 (en) | 2003-12-24 | 2003-12-24 | Drilling roller bit (variants) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003137271/03A RU2257457C1 (en) | 2003-12-24 | 2003-12-24 | Drilling roller bit (variants) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003137271A RU2003137271A (en) | 2005-06-10 |
| RU2257457C1 true RU2257457C1 (en) | 2005-07-27 |
Family
ID=35833802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003137271/03A RU2257457C1 (en) | 2003-12-24 | 2003-12-24 | Drilling roller bit (variants) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2257457C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2451151C1 (en) * | 2010-12-06 | 2012-05-20 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Rolling drilling bit |
| WO2013059374A1 (en) * | 2011-10-18 | 2013-04-25 | Smith International Inc. | Drill bits having rotating cutting structures thereon |
-
2003
- 2003-12-24 RU RU2003137271/03A patent/RU2257457C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2451151C1 (en) * | 2010-12-06 | 2012-05-20 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Rolling drilling bit |
| EA020078B1 (en) * | 2010-12-06 | 2014-08-29 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Rolling drilling bit |
| WO2013059374A1 (en) * | 2011-10-18 | 2013-04-25 | Smith International Inc. | Drill bits having rotating cutting structures thereon |
| CN103998707A (en) * | 2011-10-18 | 2014-08-20 | 史密斯国际有限公司 | Drill bits having rotating cutting structures thereon |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2003137271A (en) | 2005-06-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6367569B1 (en) | Replaceable multiple TCI kerf ring | |
| AU707095B2 (en) | Disc cutter and method of replacing disc cutters | |
| US6131676A (en) | Small disc cutter, and drill bits, cutterheads, and tunnel boring machines employing such rolling disc cutters | |
| US5785135A (en) | Earth-boring bit having cutter with replaceable kerf ring with contoured inserts | |
| CN105649539B (en) | Quartering hammer combined cut PDC drill bit | |
| NO760360L (en) | ||
| CN102392603A (en) | Compound bit formed by rotary cutting bit and PDC (polycrystalline diamond compact) blades | |
| AU2006320247A1 (en) | Roof drilling system improvements | |
| NO851055L (en) | drill bit | |
| US7090034B2 (en) | Reamer having toroidal crusher body and method of use | |
| US7025155B1 (en) | Rock bit with channel structure for retaining cutter segments | |
| EA020078B1 (en) | Rolling drilling bit | |
| US4371210A (en) | Freely rotatable pick bit holder on rotary driven member and method | |
| US5520444A (en) | Method of cutting and cutting rotative bit | |
| CN111720060A (en) | Impact cutting composite two-stage drill bit | |
| RU2257457C1 (en) | Drilling roller bit (variants) | |
| CA2331177C (en) | A roller bit with parallel inlayed compacts | |
| US3905432A (en) | Auger with rotatable cutters | |
| RU190484U1 (en) | Drill bit | |
| RU2690980C1 (en) | Single-roller bit | |
| US10619420B2 (en) | Reamer with replaceable rolling cutters | |
| RU2228423C2 (en) | Boring cutter | |
| US1854624A (en) | Well drilling bit | |
| RU2675265C1 (en) | Rolling one-cone drilling bit (versions) | |
| Gerike et al. | Concept of a rock-breaking working element of an underground kimberlite ore mining machine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20051225 |